Ganzheitliche Effizienzoptimierung / 02.05.2017

Versorgungstechnische Anlagen der industriellen Produktion sparsam betreiben

Besprühungsanlage eines Ventilator-Kühlturms © Ökotec

Das Projekt EnEffReg zielt darauf ab, Anlagen der industriellen Versorgungstechnik möglichst energieeffizient zu betreiben. Hierfür erarbeiten Forschungseinrichtungen und Unternehmen eine Umgebung, in der sie Optimierungsalgorithmen sowohl an Simulationen als auch in der praktischen Anwendung erproben können.

Vom Monitoring zur Regelung

Bei EnEffReg geht es darum, eine ganzheitliche Energieeffizienzregelung für versorgungstechnische Anlagen der industriellen Produktion zu entwickeln. Damit können dann auf Basis von aktuellen Messwerten Gesamtsysteme im laufenden Betrieb energieoptimiert gesteuert werden.

 

Im Vorgängerprojekt EnEffCo wurden die Grundlagen für eine energiebezogene Auswertung von Messdaten erforscht. Der Projektpartner ÖKOTEC entwickelte daraus ein System zur Prozessüberwachung und Effizienzbewertung bis zur Produktreife. Unter Verwendung einer Kennzahlmethodik soll nun eine energetisch optimale Steuerung der Anlagen möglich werden. Die Kennzahlmethodik abstrahiert von konkreten Messgrößen hin zu ihrer jeweiligen Rolle als Aufwand, Nutzen oder Einflussgröße des Prozesses.

Von der einzelnen Anlage zur komplexen Topologie

Das Schema zeigt, wie das EnEffReg-System mit einer Anlage interagiert. Der Sollwert des bestehenden Regelkreises aus Anlage und Regler, der bisher manuell einzustellen ist, kann nun unter Verwendung der Datenaufbereitung errechnet werden. © Fraunhofer IPK

Die Anforderungen an die Versorgungstechnik sind sehr hoch, da die Anlagen durch Änderungen im Produktionsablauf und im Betrieb sowie durch Klima- und Wettereinflüsse ständigen Schwankungen unterworfen sind. Zentrale Aufgabe der Forscher ist es, das Verhalten verschalteter Anlagen zu optimieren. Dabei besteht die Herausforderung darin, dass nicht zwangsläufig dadurch eine gute Effizienz des Gesamtverbands erreicht wird, wenn jede einzelne Teilanlage so eingestellt wird, dass sie wenig Energie verbraucht. Das Wissen, dass in einigen Fällen der weniger effiziente Zustand einer Komponente nötig ist, um die Komposition aller beteiligten Komponenten sparsam betreiben zu können, beruht meist auf langjähriger persönlicher Erfahrung. EnEffReg soll dieses Wissen nun systematisieren.

Optimierung im praktischen Vergleich

Für die experimentelle Erforschung entsteht derzeit ein Framework / eine Umgebung, welches die modulare Implementierung verschiedener Algorithmen ermöglicht. Hierfür untersuchen die Forscher unterschiedliche Ansätze für die Systemidentifikation einzelner Komponenten. Die derart identifizierten Modelle werden dann zu einem globalen Modell vereinigt, welches zentral optimiert wird. Das skizzierte Vorgehen zeichnet sich durch eine modulare Struktur für eine praxisnahe und experimentelle Erforschung aus. Zusätzlich erlaubt es, verschiedene Optimierungsverfahren direkt zu vergleichen.

Erprobung in Wasserwirtschaft und Raumlufttechnik

Gemeinsam mit den Projektpartnern wählten die Forscher prozesstechnische Anlagen für die Erprobung aus. Bedingt durch die unterschiedlichen Industrien der beteiligten Projektpartner wird dabei ein breites Spektrum an Prozessen verfolgt. Für den Entwicklungsprozess entschieden sie sich neben einer im Verhalten eher trägen, kilometerlangen Wasserwirtschaft für kompaktere und schnellere Kalt- und Kühlwasserkreisläufe sowie eine nochmals deutlich agiler reagierende raumlufttechnische Anlage. Unter der Leitung von ÖKOTEC erfassten sie die Anlagen entsprechend der Kennzahlenmethodik. Zeitgleich entwickelten und implementierten Fraunhofer IPK und ÖKOTEC gemeinsam erste Optimierungsstrategien.

Mehr zum Projekt

Verbundvorhaben EnEffReg:
Ganzheitliche Energieeffizienzregelung für versorgungstechnische Anlagen der industriellen Produktion

Förderkennzeichen:
03ET1313A-E

Laufzeit:
01.02.2016-31.01.2019

Projektbeteiligte

Umsetzung der kennzahlbasierten Energieeffizienz-Regelung
Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

Entwicklung von Methoden und Regelungsstrategien
ÖKOTEC Energiemanagement GmbH

Erprobung an Anlagen der pharmazeutischen Industrie
Bayer AG

Erprobung an einer Versorgungsanlage der Fahrzeugindustrie
Daimler AG

Erprobung an einer Wasserwirtschaft in der Stahlerzeugung
ThyssenKrupp Steel Europe AG

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.